我國(guó)是出生缺陷高發(fā)國(guó)家，隨著二胎政策落地、婦女生育年齡延遲、輔助生殖大量實(shí)施，出生缺陷問(wèn)題日益嚴(yán)峻。如何更有效地防控出生缺陷?上?？茖W(xué)家認(rèn)為應(yīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中推廣應(yīng)用“人造精子”。近日，以“人造精子技術(shù)之完善及其在復(fù)雜疾病研究中的廣泛應(yīng)用”為主題的東方科技論壇在滬舉行，國(guó)內(nèi)眾多科學(xué)家集聚一堂、深入探討。中科院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所、復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院的課題組利用“人造精子”技術(shù)，僅耗時(shí)半年就驗(yàn)證了神經(jīng)管畸形的強(qiáng)致病位點(diǎn)D473Y的表型，為豐富孕婦產(chǎn)前基因篩查清單提供了科學(xué)依據(jù)。

　　“人造精子”“基因剪刀”強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手

　　中科院上海生化與細(xì)胞研究所李勁松研究員介紹，所謂“人造精子”，是指孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞，由李勁松課題組首創(chuàng)，相關(guān)論文先后發(fā)表在國(guó)際知名科學(xué)期刊《細(xì)胞》和《細(xì)胞·干細(xì)胞》上。這種干細(xì)胞的外形與蝌蚪狀的精子完全不同，但它具有精子功能——把小鼠的孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞注射入卵子，受精卵能發(fā)育成健康小鼠。

　　“人造精子”是怎么來(lái)的?李勁松說(shuō)，單倍性在哺乳動(dòng)物中僅存在于配子中，因單倍體細(xì)胞只攜帶一套染色體組，對(duì)于遺傳篩選具有重要意義。他領(lǐng)導(dǎo)的課題組首先建立了只攜帶精子來(lái)源遺傳物質(zhì)的小鼠孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞，進(jìn)而通過(guò)基因操作去除兩個(gè)雄性印記基因，獲得了俗稱“人造精子”的單倍體細(xì)胞。其**特點(diǎn)是能夠快速進(jìn)行基因編輯，成為帶有特定位點(diǎn)突變的精子。“人造精子”與卵子結(jié)合后發(fā)育成的小鼠，被稱為“半克隆小鼠”，因?yàn)樗橛谟行苑敝澈蜔o(wú)性繁殖之間。

　　近年來(lái)，CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)風(fēng)靡生命科學(xué)界，這種俗稱“基因剪刀”的技術(shù)，讓科研人員編輯基因變得非常簡(jiǎn)單。令人振奮的是，“人造精子”技術(shù)與CRISPR/Cas9結(jié)合后，只需一步就可產(chǎn)生攜帶特定基因遺傳修飾的小鼠，使實(shí)驗(yàn)周期大幅縮短。**近，李勁松課題組又通過(guò)基因敲除，大幅提高了半克隆小鼠的出生效率，使“人造精子”的科學(xué)應(yīng)用價(jià)值進(jìn)一步提升。

　　小鼠研究將豐富產(chǎn)前基因篩查清單

　　在上海市科委的支持下，復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院王紅艷課題組在與林勁松課題組合作，將“人造精子”用于出生缺陷研究。王紅艷教授介紹，小鼠與人類的基因組有高度同源性，而且兩者的神經(jīng)管形成和閉合過(guò)程高度相似，所以可利用孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞技術(shù)、CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，快速獲取各種基因突變導(dǎo)致出生缺陷的小鼠，并對(duì)它們進(jìn)行研究。

　　神經(jīng)管畸形是我國(guó)常見(jiàn)的重大出生缺陷，發(fā)病率高，發(fā)病原因復(fù)雜，遺傳因素貢獻(xiàn)度高達(dá)70%。為了找到這類先天畸形的致病性基因突變，王紅艷課題組在354例神經(jīng)管畸形和238例正常對(duì)照樣本中，利用靶向基因捕獲技術(shù)發(fā)現(xiàn)：神經(jīng)管畸形兒的HSPG2基因中，有34個(gè)突變位點(diǎn)，其中15個(gè)是新位點(diǎn)。這15個(gè)新位點(diǎn)的致病性分別有多強(qiáng)?“人造精子”大顯身手的時(shí)候到了?？蒲腥藛T利用這種技術(shù)，很快獲取了帶有不同突變位點(diǎn)的小鼠胚胎，觀察它們發(fā)生畸形的幾率和嚴(yán)重程度。僅耗時(shí)半年，他們就成功驗(yàn)證：D473Y是神經(jīng)管畸形的強(qiáng)致病基因位點(diǎn)。接下來(lái)，課題組將針對(duì)其他新位點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證，并通過(guò)建立多基因突變小鼠，開(kāi)展多基因相互作用研究。

　　“與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因方法相比，采用人造精子技術(shù)進(jìn)行動(dòng)物建模，效率要高得多。”王紅艷說(shuō)，這種技術(shù)特別適合研究多基因介導(dǎo)的復(fù)雜疾病和器官發(fā)育異常，值得在科學(xué)界推廣應(yīng)用，**終豐富孕婦產(chǎn)前基因篩查清單，為降低出生缺陷總體發(fā)生率提供有力支撐。